I2C模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

I2C（Inter-Integrated Circuit）模塊是一種由Philips公司開發(fā)的二線式串行總線協(xié)議，用于短距離通信，允許多個設(shè)備共享相同的總線?。

• ?硬件連接簡單?：I2C通信僅需要兩條總線，即SCL（時鐘線）和SDA（數(shù)據(jù)線），大大簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計?12。
• ?支持多設(shè)備共享?：在I2C總線中，可以掛載多個從設(shè)備，每個設(shè)備都有一個唯一的地址，主設(shè)備通過廣播地址的方式與從設(shè)備進行通信?25。
• ?傳輸速率靈活?：I2C總線傳輸模式具有向下兼容性，傳輸速率在標準模式下可達100kbps，快速模式下可達400kbps，高速模式下更是可達3.4Mbps?34。

引腳初始化

引腳映射表

引腳實現(xiàn)代碼

void My_I2C_Init(){
//對I2C進行重映射RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);
//對PB8和PB9進行初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct)
}

連接電路

波特率

?I2C的波特率指的是I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率，它可以根據(jù)不同的模式達到不同的速率?。具體來說：

• 在?標準模式?下，I2C的波特率為100kHz?12。
• 在?快速模式?下，I2C的波特率可以達到400kHz?12。
• 還有一些更高速的模式，如?快速模式+?，波特率可以達到1MHz?1。

I2C總線中的波特率由主機控制，主機通過產(chǎn)生SCL（時鐘線）信號來分配給所有從機，因此主機可以通過控制時鐘信號頻率來調(diào)節(jié)波特率，即控制通信速度?。這種靈活性使得I2C總線能夠適應不同的通信需求和應用場景。

占空比

在I2C總線通信中，占空比是指數(shù)據(jù)線（SDA）上的高電平持續(xù)時間與整個時鐘周期（由時鐘線SCL控制）的比例。這個比例決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性?12。

在沒有明確的情況下我們選擇2/1的占空比

初始化I2C模塊代碼

void My_I2C_Init(){
//對I2C進行重映射RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);
//對PB8和PB9進行初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//開啟I2C的時鐘RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//施加復位信號RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,DISABLE);//釋放復位信號I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct;I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 400000;//波特率400kI2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//標準的I2CI2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//占空比2:1I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStruct);I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);//閉合I2C1的總開關(guān)
}

寫數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)發(fā)送的流程

主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)

1. ?發(fā)送起始信號?：主設(shè)備在SCL（時鐘線）為高電平時，將SDA（數(shù)據(jù)線）從高拉低，產(chǎn)生起始信號，通知所有從設(shè)備準備接收數(shù)據(jù)?。
2. ?發(fā)送設(shè)備地址?：主設(shè)備緊接著發(fā)送從設(shè)備的7位地址，以及一個寫信號（通常是低電平），指示這是一個寫操作?。
3. ?等待從設(shè)備響應?：從設(shè)備監(jiān)測到自己的地址后，通過在下一個時鐘周期拉低SDA線（發(fā)送ACK）來響應，確認它準備好了接收數(shù)據(jù)?。
4. ?發(fā)送數(shù)據(jù)?：主設(shè)備開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每個字節(jié)數(shù)據(jù)后會跟著等待接收來自從設(shè)備的響應（ACK）。從設(shè)備在接收到每個字節(jié)后，都會發(fā)送一個ACK信號來確認?。
5. ?發(fā)送停止信號?：數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，主設(shè)備發(fā)送停止信號（SCL高時SDA從低變高），終止傳輸?。

從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)

1. ?主設(shè)備初始化讀取操作?：主設(shè)備發(fā)送起始信號，然后發(fā)送從設(shè)備的地址以及一個讀取位（通常是高電平），指示這是一個讀取操作?。
2. ?從設(shè)備響應?：從設(shè)備監(jiān)測到自己的地址后，通過發(fā)送ACK信號來響應?。
3. ?主設(shè)備發(fā)送重復開始信號或停止信號?：如果主設(shè)備計劃在同一事務(wù)中連續(xù)讀取多個從設(shè)備或進行連續(xù)讀取，它可以發(fā)送重復開始信號來保持總線控制權(quán)。如果僅從當前從設(shè)備讀取且讀取操作即將結(jié)束，主設(shè)備在收到從設(shè)備的ACK后可直接發(fā)送停止信號?。
4. ?從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)?：在收到讀取命令后，從設(shè)備開始發(fā)送數(shù)據(jù)。主設(shè)備在接收到每個字節(jié)后，都會發(fā)送一個ACK信號來確認。當接收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，主設(shè)備可能會發(fā)送一個無效響應（NACK），然后發(fā)送停止信號來終止傳輸?。

等待總線空閑

發(fā)送數(shù)據(jù)前要監(jiān)控總線是否繁忙，從BUSY標志位來判斷總線是否空閑，I2C_GetFlagStatus函數(shù)用來獲取BUSY標志。I2C_GetFlagStatus?函數(shù)是一個在 STM32 微控制器的 I2C（Inter-Integrated Circuit）庫函數(shù)中常用的函數(shù)，用于檢查 I2C 接口的狀態(tài)標志。這個函數(shù)通常用于輪詢（polling）方式，以確定 I2C 總線上的特定事件或狀態(tài)是否已經(jīng)發(fā)生，例如數(shù)據(jù)傳輸完成、接收到起始信號、檢測到錯誤等。

FlagStatus I2C_GetFlagStatus(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_FLAG);

• I2Cx：指向要檢查的 I2C 接口的指針。例如，對于 STM32F103 系列，可能是?I2C1?或?I2C2。
• I2C_FLAG：要檢查的特定 I2C 狀態(tài)標志。這些標志在 STM32 的 I2C 庫頭文件中定義，通常是以?I2C_FLAG_?開頭的宏。
• 返回值是?FlagStatus?枚舉類型，它通常有兩個可能的值：SET（標志已設(shè)置）和?RESET（標志未設(shè)置）。

發(fā)送起始位

發(fā)送起始位是向START寄存器內(nèi)寫數(shù)值1，使用函數(shù)I2C_GenerateStart完成。

---

I2C_GenerateStart?函數(shù)是用于生成 I2C 通信起始條件（START condition）的函數(shù)。在 I2C 通信中，起始條件是一個重要的信號，用于通知所有連接到總線的設(shè)備即將開始數(shù)據(jù)傳輸。當?NewState?參數(shù)為?ENABLE?時，I2C_GenerateStart?函數(shù)會設(shè)置相應的寄存器位，從而在 I2C 總線上生成一個起始條件。起始條件是一個在 SCL（時鐘線）為高電平時，SDA（數(shù)據(jù)線）由高電平變?yōu)榈碗娖降倪呇?。這個邊沿會被所有連接到總線的 I2C 設(shè)備檢測到，并通知它們即將開始數(shù)據(jù)傳輸。

void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);

• I2Cx：指向要操作的 I2C 接口的指針。在 STM32 微控制器中，這通常是?I2C1、I2C2?等。
• NewState：這是一個?FunctionalState?枚舉類型的值，用于指定是否生成起始條件。它可以是?ENABLE（生成起始條件）或?DISABLE（不生成起始條件）。

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在發(fā)送起止位后我們需要確定起止位是否發(fā)送完畢，我們通過SB標志來判斷。

while(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_SB) == RESET);

發(fā)送地址

AF標志位是ACK應答標志位，當AF為1時ACK答應失敗未收到答應，ADDR尋址成功標志位，當尋址成功值為1，失敗值為0。在發(fā)送地址前我們需要清理AF標志位的值然后發(fā)送地址。

I2C_ClearFlag(I2Cx,I2C_FLAG_AF);//清除AF
I2C_SendData(I2Cx,Addr & 0xfe);//發(fā)送地址和RW

在發(fā)送的過程中需要持續(xù)判斷AF和ADDR標識符的狀態(tài)

while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_ADDR) == SET){break;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -1;}
}

后續(xù)我們繼續(xù)清除ADDR狀態(tài)標示符

I2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR1);
I2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR2);

發(fā)送數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)過程中我們要持續(xù)監(jiān)控ACK和發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)，AF為1標示為響應ACK，停止發(fā)送數(shù)據(jù)，BTF負責監(jiān)控發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)是否有數(shù)據(jù)，保證在其空的情況下推送數(shù)據(jù)進入。

發(fā)送停止位

代碼

int main(){My_I2C_Init();uint8_t commands[] = {0x00,0x8d,0x14,0xaf,0xa5};My_I2C_SendBytes(I2C1,0x78,commands,5);
}void My_I2C_Init(){
//對I2C進行重映射RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);
//對PB8和PB9進行初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,ENABLE);//開啟I2C的時鐘RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,ENABLE);//施加復位信號RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,DISABLE);//釋放復位信號I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct;I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 400000;//波特率400kI2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//標準的I2CI2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//占空比2:1I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStruct);I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);//閉合I2C1的總開關(guān)
}int My_I2C_SendBytes(I2C_TypeDef *I2Cx,uint8_t Addr,uint8_t *pData,uint16_t Size){//等待總線空閑while(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_BUSY) == SET){}//發(fā)送起止位I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);//確定起止位是否發(fā)送完畢	while(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_SB) == RESET){}//發(fā)送地址//清除AFI2C_ClearFlag(I2Cx,I2C_FLAG_AF);I2C_SendData(I2Cx,Addr & 0xfe);while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_ADDR) == SET){break;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -1;//尋址失敗}}//清除ADDRI2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR1);I2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR2);//發(fā)送數(shù)據(jù) for(uint8_t i = 0;i<Size;i++){while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -2;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_TXE) == SET){break;}}I2C_SendData(I2Cx,pData[i]);}while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -2;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_BTF) == SET){break;}}//發(fā)送停止位I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return 0;
}